Dokument: Elucidation of anti-viral strategies in Streptomyces

Titel:	Elucidation of anti-viral strategies in Streptomyces
Weiterer Titel:	Aufklärung von anti-viralen Strategien in Streptomyces
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69986
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20250908-125049-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Rackow, Bente Ursula [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,89 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.06.2025 / geändert 25.06.2025
Beitragende:	Prof. Dr. Frunzke, Julia [Gutachter] Prof. Dr. Wierckx, Nick [Gutachter]
Stichwörter:	Bacteriophages, anti-phage defense, Streptomyces, small molecules
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Streptomyces species have been highly studied for decades for their multicellular development and their distinguished ability to produce a myriad of different bioactive small molecules. In recent years the interaction between these multicellular bacteria and their predatory viruses, the bacteriophages (or phages for short) came into the focus of research. It was recently discovered that specialized metabolites produced by Streptomyces not only protect from competing bacteria but also from phage infections. Both aminoglycosides and anthracyclines, small molecules produced by Streptomyces have been shown to efficiently inhibit phage infection, but the exact mechanism of action remained elusive. This multi functionality of small molecules piqued the interest. This work sets out to elucidate such anti-viral strategies of Streptomyces and to integrate the chemical defense mediated by small molecules into the context of the bacterial immune system. Initially, spent medium of natural aminoglycoside producing Streptomyces spp. was tested for its anti-phage potential, showing different degrees of defense potential, specific to the molecule produced as well as the phage tested. Extracellular effects of spent medium could only be determined for phages infecting less related species, such as Corynebacterium glutamicum. Furthermore, isolation and characterization of novel Streptomyces phages broadened the repertoire of phages that can be used to understand the interaction between host and phage and how chemical defense affects this interaction. Three of the four newly isolated phages infect several different species. These broad host range phages pose to be good tools to understand also the influence of the host background on the efficiency of chemical defense. Large screenings of small molecules mediating chemical defense with two different collections of phages revealed several sensitivity determinants of phages to chemical defense and showed that the efficiency of chemical defense is a delicate process influenced by a manifold of factors. Streptomyces phages showed sensitivity towards most of the compounds tested, whereas coliphages only showed sensitivity towards DNA intercalating molecules. Redirecting the focus of this work towards the mechanism of action of the anthracycline daunorubicin, many insights in the inhibitory effect of this small molecule were obtained. Daunorubicin acts intracellularly, after the genome injection of phages but before DNA replication. The host background influences the potency of daunorubicin-mediated defense and synergy between chemical defense and intracellular defense systems could be determined. Even though the direct mechanism of action of chemical defense remains yet elusive, several important insights were gained and provide basis for further research in this area of anti-phage defense. Streptomyces Spezies wurden über Jahrzehnte intensiv erforscht – sowohl aufgrund ihrer multizellulären Entwicklung als auch wegen ihrer herausragenden Fähigkeit, eine Vielzahl bioaktiver kleiner Moleküle zu produzieren. In den letzten Jahren rückte die Interaktion dieser multizellulären Bakterien mit ihren infektiösen Viren, den Bakteriophagen (kurz: Phagen), zunehmend in den Fokus der Forschung. Kürzlich wurde entdeckt, dass spezialisierte Metabolite, die von Streptomyces produziert werden, nicht nur vor konkurrierenden Bakterien, sondern auch vor Phageninfektionen schützen. Sowohl Aminoglykoside als auch Anthrazykline – kleine Moleküle, die von Streptomyces gebildet werden – konnten eine effektive Hemmung von Phageninfektionen zeigen, jedoch blieb der genaue Wirkmechanismus bislang unklar. Diese Multifunktionalität kleiner Moleküle weckte besonderes Interesse. Ziel dieser Arbeit ist es, solche antiviralen Strategien von Streptomyces aufzuklären und die durch kleine Moleküle vermittelte chemische Abwehr in den Kontext des bakteriellen Immunsystems einzuordnen. Zunächst wurde das verbrauchte Medium natürlicher aminoglykosid-produzierender Streptomyces Stämme auf sein anti-phagen Potenzial getestet, wobei unterschiedliche Grade an Abwehrwirkung festgestellt wurden – abhängig sowohl vom produzierten Molekül als auch vom getesteten Phagen. Extrazelluläre Effekte des verbrauchten Mediums konnten nur bei Phagen beobachtet werden, die weniger verwandte Arten wie Corynebacterium glutamicum infizieren. Darüber hinaus erweiterte die Isolierung und Charakterisierung neuer Streptomyces-Phagen das Repertoire verfügbarer Phagen, das zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Wirt und Phage sowie des Einflusses chemischer Abwehr auf diese Interaktion genutzt werden kann. Drei der vier neu isolierten Phagen infizieren mehrere unterschiedliche Arten. Diese Phagen mit breitem Wirtsspektrum eignen sich besonders gut, um auch den Einfluss des Wirthintergrunds auf die Effizienz chemischer Abwehrmechanismen zu verstehen. Großangelegte Screenings kleiner Moleküle zur chemischen Abwehr mit zwei verschiedenen Phagenkollektionen offenbarten mehrere Sensitivitätsdeterminanten von Phagen gegenüber chemischer Abwehr und zeigten, dass deren Effizienz ein komplexer Prozess ist, der von zahlreichen Faktoren beeinflusst wird. Streptomyces-Phagen zeigten Empfindlichkeit gegenüber den meisten getesteten Verbindungen, während Coliphagen lediglich auf DNA-interkalierende Moleküle ansprachen. Durch die Fokussierung auf den Wirkmechanismus des Anthrazyklins Daunorubicin konnten viele Erkenntnisse zur hemmenden Wirkung dieses Moleküls gewonnen werden. Daunorubicin wirkt intrazellulär – nach der Genominjektion des Phagen, aber vor der DNA-Replikation. Der genetische Hintergrund des Wirts beeinflusst die Wirksamkeit der Daunorubicin vermittelten Abwehr, und es konnte eine Synergie zwischen chemischer Abwehr und intrazellulären Abwehrsystemen festgestellt werden. Auch wenn der direkte Wirkmechanismus der chemischen Abwehr weiterhin ungeklärt bleibt, wurden zahlreiche wichtige Erkenntnisse gewonnen, die eine Grundlage für weiterführende Forschung auf dem Gebiet der Phagen Abwehr bilden.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Mikrobiologie
Dokument erstellt am:	08.09.2025
Dateien geändert am:	08.09.2025
Promotionsantrag am:	27.03.2025
Datum der Promotion:	12.06.2025